第三章近代自然科学的全面发展精选PPT.ppt
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1、第三章 近代自然科学的全面发展第1页,本讲稿共22页第一节 经典物理学体系的形成第二节 近代化学的展开第三节 近代生物学的演进第四节 近代天文学的进展与地质学的起步第2页,本讲稿共22页第一节 经典物理学体系的形成一、几何光学的进展与光的本质的探讨二、热学的成就和热现象的微观解释三、从电磁现象的研究到电磁场理论的建立第3页,本讲稿共22页一、几何光学的进展与光的本质的探讨 1、几何光学的进展光的反射定律光的折射定律第4页,本讲稿共22页2、波动光学的兴起衍射现象3、光是什么4、波动说的胜利第5页,本讲稿共22页二、热学的成就和热现象的微观解释 1、热的本质的认识、热的本质的认识 17世纪以后,
2、不少人根据摩擦生热的现象,认为热是一种特殊的运动。例如弗培根(Francis Bacon)就在归纳大量热观象经验事实的基础上断言:“热的本质就是运动”。当时这种热的运动说,由于缺乏精确的实验根据,没有形成为科学理论。在18世纪,普遍流行“热质说”,这种学说认为热是一种没有重量的流质,它不生不灭,存在于一切物体之中,物体的冷热程度决定于它所含热质的多少。第6页,本讲稿共22页1798牛,伦福德(Rumford)在观察枪炮制造时,发现钻孔切下来的碎屑有极高的温度,他怀疑这大量的热能否由金属内部的热质所供给。他还用一只几乎不能切削的钝钻头钻孔,发现产生的热量竞能在2小时45分钟的时间内使大约18磅(
3、1磅0453公斤)的水沸滕。根据这一系列实险结果,他否定了热质说,认为热是运动的一种形式。第7页,本讲稿共22页19世纪40年代以后,迈尔(Mayer)首先提出各种运动相互转化的思想。焦耳(Jou1e)在总结伦福德等人工作的基础上,运用电磁、化学和机械方法进行了一系列精确的实验,系统地测量了可以转化为一定数量热的其他各种形式的能量。焦耳所确定的热功当量,有力地说明了热在本质上是一种运动。在许多人研究的基础L建大了能量守恒和转化定律,说明自然界各种形式的能量都可以按照一定的当量关系互相转化。热功当量的确定与能显守恒和转化定榨的建立,彻底捎殴了热质说。热县运动的观点终于被建立起来了。人们终于认识到
4、:宏观热现象是物体内部大量分子的无规则运动的表现。宏观热现象是物体内部大量分子的无规则运动的表现。第8页,本讲稿共22页、能量守恒定律、能量守恒定律19世纪40年代建立起来的能量守恒定律,被认为是自牛顿力学以后的科学发展的第二次大革命。这一发现涉及到多个国家在多种领域中工作的10多位科学家,其中主要是迈尔、焦耳和亥姆霍兹。焦耳在研究过程中的许多实验是和著名物理学家威廉汤姆生(后来受封为开尔文勋爵)共同完成的。在焦耳发表的九十七篇科学论文中有二十篇是他们的合作成果。当自由扩散气体从高压容器进入低压容器时,大多数气体和空气的温度都要下降,这一现象就是两人共同发现的。这一现象后来被子称为焦耳汤姆生效
5、应。第9页,本讲稿共22页3、热力学定律、热力学定律 第零定律:若两个系统都与第三个系统达到热平衡,这两个系统必定相互达到热平衡。第一定律:外界传递给系统的热量等于系统内能的增量和系统对外所作的功的总和。第二定律:热量不能自动地从低温物体传向高温物体。第三定律:没有办法借有限的步骤来达到绝对零度。第10页,本讲稿共22页三、从电磁现象的研究到电磁场理论的建立 1、电现象、电现象 两种不同性质的物体,例如干燥的丝绸和玻璃棒相互摩擦后,有吸引轻微物体(如纸片)的现象,这是由于玻璃棒与丝绸因摩擦而带电的缘故。处于带电状态的物体称为带电体。带电体吸引轻微物体能力的强弱和它所带电的多少有关,用来量度物体
6、带电程度的量称为电量。实验证明,物体所带的电荷有两种:一种是与丝绸摩擦过的破璃棒所带电荷相同的叫做正电荷;另一种是与玻璃棒摩擦过的丝绸所带电荷相同的叫做负电荷。实验发现,带电体之间有相互作用,而且是带闹种电荷的物体相互排斥,带异种电荷的物体相互吸引。库仑(Coulumb)在1785年通过扭秤实验,测定了两个静止点电荷间相互作用力,建立了库仑定律。其内容是:两个静止点电荷间的相互作用力,正比例于它们电量的乘积,反比例于它们之间距离的平方,力的方向沿着电荷的连线。第11页,本讲稿共22页 在很长时间内,人们认为电荷之间的作用是“超距作用”。也就是说,认为一个电荷所受到的作用力是由另一个电荷直接给予
7、的,不需要中间物质传递,也不需要时间,完全可以从一个电荷即时地达到另一个电荷。直到19世纪初,人们才提出了新的观点,认为静电力同样是一种物质之间的相互作用,即认为在电荷周围存在着一种特殊物质,这种特殊物质叫做由该电荷激发的电场,处于该电荷周围任何地方的其他电荷所受的静电力是由这电场给予的。也就是说,电荷和电荷之间是通过电场这种特殊物质而相互作用的。这种作用可表示如下 第12页,本讲稿共22页2、磁现象、磁现象 天然磁铁(磁石)能吸引铁、钴、镍物质的性质称为磁性。条形磁铁的两端磁性最强的区域称为磁极。把一块条形磁铁悬挂起来,磁铁将自动地转向南北方向,指北的一极称为北极,指南的一极称为南极。购块磁
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